《Lab on a Chip》：A 3D microfluidic model of exchange between perfused blood and lymphatic microvascular networks
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当前研究缺乏能够同时具备生理学相关结构、空间分布并能独立灌注的血管-淋巴管体外共培养模型，制约了对两者间物质交换机制的理解。本文研究人员开发了一种基于胶带层压技术的微流控平台，通过顺序凝胶浇铸构建了空间相邻但流体独立、可灌注的3D自组装血管（BEC）和淋巴管（LEC）微血管网络。该模型支持在受控条件下定量研究分子（如不同分子量葡聚糖）和细胞（T细胞）在血-淋巴管界面的选择性转运，为探究生理及病理条件下的跨网络信号交流提供了新工具。
我们的身体内存在着两套精密的液体输送网络：血管系统和淋巴管系统。它们如同城市的“动脉供水网”和“污水回收网”，在组织内紧密协作，负责运输液体、营养物质、信号分子和免疫细胞，共同维持着体内的“水环境”稳定（homeostasis，内稳态）和免疫监视。然而，这两个系统间的“对话”机制——例如，分子和细胞是如何从血管渗透到组织间隙，再被淋巴管吸收并运走的——仍是生物医学中一个理解不足的领域。这背后的一个主要障碍是缺乏合适的“体外模型”。现有的实验室模型要么只能单独培养血管或淋巴管，无法研究它们的交互；要么虽然能让两者共存，却无法实现各自独立的流体灌注和控制，难以模拟真实的生理交换过程。这就好比试图研究两个连通水管的水流交换，却无法控制各自水管的开关和水压。
为了破解这一难题，一篇发表在顶级微流控期刊《Lab on a Chip》上的研究，带来了一项突破性的“造模”技术。研究人员成功构建了一个三维微流控平台，它能同时培养出结构逼真、空间相邻，并且可以分别独立灌注的人类皮肤微血管网络和淋巴管网络。这个平台就像一个微缩的、可操控的“组织芯片”，首次在体外实现了对血-淋巴管界面物质交换的定量化、可视化研究。
关键研究方法概览
为构建此模型，研究团队采用了几个核心技术：1. 胶带层压微流控器件：利用激光切割和层压技术，低成本、快速制备具有特定几何结构的微流控芯片，实现空间图案化。2. 顺序凝胶浇铸：分步将含有血管内皮细胞（BECs）和淋巴管内皮细胞（LECs）的纤维蛋白凝胶注入芯片内独立但相邻的腔室，中间以无细胞的薄层凝胶隔开，形成既能保持网络独立性又允许分子扩散的连续基质环境。3. 针灸针铸造可灌注“母管”：在凝胶中预置并随后拔除针灸针，形成连接微血管网络与外部培养基储液池的管道，使两个网络在成熟后能分别从外部进行独立灌注。4. 高通量形态计量学分析：利用定制的MATLAB工作流程，对共聚焦显微镜获取的三维图像进行自动分割和量化，提取网络直径、密度、表面积等形态学参数。5. 多功能转运与迁移分析：通过引入不同分子量的荧光葡聚糖示踪剂，定量分析从血管到淋巴管的尺寸选择性溶质转运；并使用从健康供者血液中分离的原代人类T细胞，研究其在化学趋化因子（SDF-1α）和炎症因子（TNF-α）刺激下，从血管网络迁移至淋巴管网络的过程。
研究结果：构建、表征与功能验证
胶带基微流控平台支持顺序浇铸空间相邻的血淋巴微血管网络
研究人员设计了一种多层胶带基器件（Fig. 1A–D）。其关键设计利用表面张力和几何约束，确保含有不同细胞的凝胶能精确浇铸在预定区域而不混合。通过插入和移除针灸针，在凝胶中形成了可灌注的“母管”通道。在5天的培养过程中，绿色荧光蛋白标记的BECs和表达podoplanin的LECs分别自组装形成了互连的微血管网络，并从各自的母管延伸出来，两者在空间上紧密相邻但被一层薄的无细胞凝胶界面隔开（Fig. 1E）。
工程化的血淋巴微血管网络保持身份并呈现生理相关结构
培养至第5天，免疫荧光染色证实两种网络保留了各自的身份标志：LECs表达CD31+/podoplanin+/Prox1+，而BECs（GFP+）为CD31+/podoplanin-/Prox1-，表明共培养未导致表型融合。血管内皮钙粘蛋白（VE-cadherin）染色显示两种网络均形成连续的粘附连接，但BEC微血管的连接更亮、更直，而淋巴毛细管的连接更细、更曲折，这与体内情况相似（Fig. 2）。形态计量学分析显示，LEC管腔直径显著大于BEC管腔，两者均落在人皮肤微血管的生理直径范围内。LEC网络具有更大的单位组织体积血管表面积，而BEC网络则具有更高的血管密度，这模仿了人体真皮组织中血流毛细血管密度高、淋巴管吸收表面积大的特征（Fig. 3）。
双示踪剂灌注证明完整、独立可灌注的血淋巴网络
为了验证两个网络的流体独立性，研究人员分别向血管和淋巴管网灌注不同的荧光示踪剂（如不同大小的荧光微球或2000 kDa葡聚糖）。高分辨率活细胞成像显示，在血-淋巴管微血管界面，示踪剂严格局限于各自的网络内，没有发生混合或交叉灌注，证明尽管空间紧邻，但两个网络是流体独立的，没有形成自发吻合（Fig. 4）。
定量引流实验确立工程化微血管网络中的尺寸选择性血淋巴转运
研究建立了一个跨网络转运实验，将不同分子量的荧光示踪剂（10 kDa, 70 kDa, 2000 kDa葡聚糖及Bodipy FL C16脂肪酸类似物）引入血管网络，在模拟生理的静水压差下，量化其在淋巴管区域的积累。结果显示，转运效率遵循明确的尺寸层级：10 kDa > 70 kDa > Bodipy FL C16>> 2000 kDa。其中，2000 kDa葡聚糖几乎不透过，表明该工程化界面能有效限制超大分子的通过，再现了体内的尺寸选择性屏障功能（Fig. 5）。
重建T细胞从血管到淋巴管的迁移证明平台适用于免疫细胞研究
最后，研究测试了平台的免疫细胞迁移功能。将用DiI标记的原代人类CD4+和CD8+T细胞引入血管网络。在4小时的迁移实验中，T细胞从血管渗出，穿过间质，并进入淋巴管。活体成像捕捉到了T细胞从血管迁出的动态过程。定量分析发现，与对照相比，用SDF-1α（一种趋化因子）或TNF-α（一种炎性细胞因子）预处理芯片，能显著增加T细胞在淋巴管网络内的密度。并且，经过CD3/CD28抗体磁珠预激活的T细胞，在TNF-α存在下表现出更强的迁移能力。这模拟了体内炎症环境下效应T细胞向淋巴管迁移的增强现象（Fig. 6）。
结论与意义
这项研究成功开发并验证了一个创新的三维微流控平台，它首次实现了在单一体外系统中，同时培养具有生理相关结构、空间相邻且能独立灌注的血管和淋巴管微血管网络。该平台不仅突破了现有模型在结构和功能整合上的局限，还通过系统的形态学、流体力学、分子转运和细胞迁移实验，证明了其作为研究血-淋巴管界面复杂相互作用的强大能力。它可以定量分析从溶质到免疫细胞的多尺度跨网络转运，并对化学和炎症刺激做出生理相关的响应。
这项工作的重要意义在于，它提供了一个可控、可定量的“沙盘”，使科学家们能够在接近生理环境的条件下，深入探究在组织稳态、免疫应答、癌症转移、慢性炎症和淋巴水肿等多种生理和病理过程中，血管和淋巴管之间至关重要的“对话”机制。平台的模块化设计也为未来集成更复杂的流体控制、添加不同基质或细胞类型、以及研究药物干预效果铺平了道路，有望加速相关疾病机制研究和治疗策略的开发。
